تجهیزات دیگ بخار (بویلر)

تجهیزات مرتبط با جریان آب و بخار

مخزن هواگیری

فرآیند حذف اکسیژن نامحلول از آب بویلر در دی اریتور صورت می گیرد. دی اریتور متشـکلاز سه قسمت عمده  میباشد که عبارتند از:

یک مبدل حرارتی پوسته و لوله ای به نام Vent condenser که آب ورودی به  دیاریتـوردر این بخش به وسیله بخار با فشار پایین یا LS گرم  میگردد، ممکن است کـه ایـن بخـش درهمه دیاریتورها وجود نداشته باشد.

پس از آن آب وارد یک بخش دیگر بـه نـامheater کـه در زیـرVent condenser  قـراردارد،  میگردد. این بخش جایی است که عمده حرارتدهی آب در آنجا صورت  میگیرد. روش ها مختلفی برای حرارت دهی آب در هیتر وجـود دارد، مـثلاً ممکـن اسـت آب را بـه شـکل پـودردرآورده و سپس با بخار تماس دهند، ممکن است آب به شـکل لایـه ای نـازک از دیـواره هـاییپایین آمده و بخار بالارونده با آن تماس یابد و یا در نوع سینی دار آب از روی سینی هایی پایین ریخته و با بخار بالارونده تماس داده شود. معمولاً نوع     سینیدار از سایر انواع  متداولتر  میباشد.

آب گرم و هوازدایی شده پس از خروج از هیتر در بخشی به نـامStorage tank کـه بـه صورت یک مخزن استوانه ای و افقی در زیر هیتر قرار دارد، ذخیره می گردد. دی اریتورها معمولاً در فشار اتمسفریک  میباشند.

پمپ تغذیه

وظیفه این پمپ، انتقال آب به مخزن بخار و دی سوپرهیتر بویلر می باشد. عموماً از پمپ های سانتریفوژ و رفت و برگشتی برای این منظور استفاده  میگردد. پمپ های تغذیه معمولاً دارای دو نوع محرک توربینی و الکتروموتور هستند. در زمان راه اندازی بویلر که هنوز بخـار در دسـترسنمی باشد، از پمپ الکتریکی استفاده می شود و پس از راه اندازی و تولید بخار پمپ های توربینی در سرویس قرار می گیرند. علت این امر این است که چنانچه به هر دلیلی برق واحد بخار قطع و یا دچار نوسان شود، خللی در تولید بخار مجتمع به وجود نیاید و واحدهای مصرف کننده بخـاردچار مشکل نشوند. بعضاً قطع نابهنگام بخار بـرای برخـی از واحـدهای تولیـدی، ضـرر و زیـانفراوانی را به دنبال دارد.

گرمکن اولیه یا اکونومایزر

گازهای حاصل از احتراق پس از عبور از بخش جابجایی از طریق کانال هـایی وارد دودکـش شده و از طریق آن وارد اتمسفر می گردند. عموماً دمای این گازها در خروجـی از دودکـش بـالابوده و انرژی زیادی را با خود به بیرون از بویلر منتقل می کنند. در صورتی که بتوان مقداری از این انرژی را بازیافت نمود، راندمان بویلر افزایش خواهد یافت.
از این رو بعضی از بویلرها دارای بخشی بـه نـام اکونومـایزر هسـتند. اکونومایزرهـا در اصـلمبدل های حرارتی و به شکل دسته لوله هایی مـی باشـند کـه در مسـیر جریـان گازهـای گـرمخروجی قرار داده  میشوند. لوله های مورد استفاده در اکونومایزرها به دو شکل صـاف و فـی ندار وجود دارند، نوع فین دار در مواقعی که مقدار انتقال حرارت پایین باشد به جهت افزایش سـطحانتقال حرارت مورد استفاده قرار می گیرد. از این نوع بیشتر در سوخت های تمیز مانند گـاز کـه احتمال رسوب گرفتگی کمتری ایجاد می نمایند، استفاده می گردد.

عموماً نحوه آرایش این  لولهها در مسیر جریان گاز به دو صورت میباشد:

1- آرایش به شکل inline:
مطابق شکل زیر در صورتی که به طور عمودی بر سطح مقطع لوله ها نگـاه شـود، هـر4 لوله کنار هم به شکل رئوس یک مربع دیده می شوند. از این رو جریان گاز عبوری با تمـ اس بـاسطوح لوله ها و از طریق کانال های میانی بین آنها عبور می کند. این نوع در مواردی که احتمال تشکیل رسوب وجود دارد، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.


– آرایش به شکل staggered یا متناوب :

در صورتی که به طور عمودی بر سطح مقطع لوله ها در شکل نگاه شود، هـر3 لولـه کنار هم به شکل رئوس یک مثلث متساو ی الاضلاع دیـده مـیشـوند، لـذا جریـان گـاز عبـورینمی تواند به راحتی و مشابه حالت inline و از درون کانال های بین لوله ها عبور نماید، در نتیجه در این چیدمان اغتشاش بیشتر و به واسطه آن شدت انتقال حرارت بیشـتری وجـود دارد، لـذاسطح حرارتی کمتری نیاز دارد، ولی در عوض به واسطه نوع آرایش لوله هـا مقـدار افـت فشـارزیادتر از حالت inline است.

آب ورودی به بویلر وارد مخزنی به نام Steam drum م یشود و از طریق لوله هـایی بـه نـام لوله های  پایینرونده به سمت مخزن لجن منتقل  میگردد. مخلوط آب گرم و بخـار نیـز توسـطلوله های بالارونده به این مخزن منتقل می شود. با تجمع بخار در مخزن بخـار، فشـار بخـار بـالارفته و پس از رسیدن به فشار مورد نیاز عملیاتی و بعد از طی مراحل جداسـازی قطـرات آب ازآن به بیرون از مخزن بخار از طریق یک هدر انتقال داده می شود. در صورتی که فازهای بخار و آب به خوبی از یکدیگر جدا نشوند، دو پدیده متداول در بویلرها اتفاق  میافتد:

پدیده Carry Over: در صورتی که قطراتی از آب به همراه بخار از مخزن بار بـه سـمتسوپرهیتر برود، به آن Carry Over مـیگوینـ د. ایـن پدیـده سـبب بـروز مشـکلاتی در بخـشسوپرهیترها می گردد، به این صورت که قطرات آب حاوی املاحی هستند که پس از تبخیر آب در سوپرهیتر بر روی جداره های داخلی سوپرهیتر رسوب می نمایند. بر اثر افزایش این رسـوباتمشکل over heat شدن لوله ها و در پی آن خرابی آنها به وجود خواهد آمد.

پدیدهcarry under : در صورتی که در آب ورودی به لوله های پایین رونده مقداری بخـاروجود داشته باشد، به آن carry under م یگویند. به واسطه این پدیده ممکن است مقدار بخـاردر لوله های بالارونـده بیشـتر از آب شـده و در بخـ شهـایی لولـه هـا خشـک بماننـد و مشـکل over heat شدن لوله ها به وجود آید.

بروز این دو پدیده بر بازدهی بویلر اثرات منفی برجای می گذارند، از این رو جداسازی بخار و آب بسیار مهم است. در بویلرهای قـدیمی ازDry pipe  بـرای جداسـازی بخـار از آب اسـتفادهم یگردید. Dry pipe لوله ای متصل به نازل خروجی بخار است که چیزی در حدود نصـف و یـایک سوم طول درام  میباشد و بر روی آن تعداد زیادی سوراخ وجود دارد. بخار خروجی از مخزن بخار می بایست برای ورود به لوله  در حدود 09 درجه بگردد و این عمل باعث جداسازی بخشی از رطوبت می گردید. در این روش کیفیت بخار به دست آمده به ندرت بیش از %5/99 می شود.
امروزه برای جداسازی بهتر از  جداکننده های چندمرحلهای استفاده  میگردد کـه عمومـاً شـامل مراحل ذیل  میباشند:

initial Separation جدا کردن اولیه یا

رایزرها به داخل درام و درون یک کانال سراسری وارد می گردند. بـر روی ایـن کانـال  و بـهفاصله ای از آن یک صفحه فلزی نصب شـده اسـت. مخلـوط آب و بخـار خروجـی از لولـ ههـایبالارونده وارد این کانال شده و از آن سرریز می گردند. بخش عمده آب از بخار جـدا شـده و بـهداخل مخزن بخار می ریزد. بخار حاصل به سمت بالا حرکت کرده بـه و صـفحه فلـزی برخـوردمی نماید و برای عبور مجبور به تغییر جهت  میگردد. به واسطه این برخورد و تغییرجهت بخش دیگری از آب همراه بخار جدا می شود. در بعضی از مخازن بخار از جداکننده های سـیلکونی بـهجای کانال و صفحه فلزی برای جداسازی مخلوط آب و بخار استفاده  میگردد.

خشک کردن یا drying

بخار حاصل از مرحله اول ممکن است حاوی ذرات مایع، حباب، کف و یا فـوم باشـد. بـرایجداسازی آنها از فیلترهایی استفاده می گردد. این فیلترها انواع و اقسام مختلفی دارند، عموماً به شکل جعبه هایی هستند که از بالا به هدر خروجی بخار وصل بوده و از پـایین بـه وسـیله یـکصفحه فلزی مسدود شده است. در دو سطح جانبی، صفحات فلزی به موازات هـم قـرار دارنـد،بخار از لابلای این صفحات فلزی عبور کرده و به داخل جعبه وارد  میگردد و پس از آن از بالای جعبه به هدر خروجی می رود. ذرات آب در برخورد با این صفحات فلزی از بخار جدا می گردند. در انواعی دیگر به جای این صفحات فلزی موازی هم، از غشاهای متخلخل استفاده می گردد. در غشاهای متخلخل مسیر عبور بخار دارای تغییرات ناگهانی در جهت بوده و بـدین ترتیـب ذراتریز آب از بخار جدا  میگردد.
کلیه بخش های مرتبط با جداسازی باید در بالای سطح آب قرار گیرند، اگر آب روی مراحل جداسازی را بگیرد، عملاً جداسازی وجود نخواهد داشت. از این رو کنترل ارتفاع آب در مخـزنبخار از اهمیت زیادی برخوردار است.
مخازن بخار بسته به نحوه قرارگیری آنها نسبت به جهـت جریـان گازهـای خروجـی، انـواعطولی و عرضی دارد. نوع عرضی به این مفهوم است که جریـان گازهـای حاصـل از احتـراق درجهت عرض مخزن بخار عبور می کند و در نوع طولی جهت جریان گازهای حاصل از احتراق در جهت طول مخزن بخار است.
3-1-5. لوله های آب بویلر
برای انتقال  آب و بخار بین مخازن بخار و لجن از لوله هایی استفاده مـی گـردد کـه وظیفـهتأمین سطوح انتقال حرارت را نیز برعهده دارند. ممکن اسـت در بخـ شهـ ایی برحسـب نیـاز ازپره ها و یا بفل هایی بر روی لوله ها استفاده گردد تا جذب حـرارت بهـت صـورت گیـرد. عمومـاًلوله های آب بویلرها را می توان به انواع زیر تقسیم بندی نمود:

لوله های پایین رونده (down comer): دسته ای از لوله های بویلر هستند که آب ورودی به مخزن بخار را به مخزن لجن منتقل می نمایند. آنها مستقیماً و یا به وسیله یـک هـدر بـه ایـنمخازن اتصال یافته اند و در بخش جابجایی بویلر قرار دارند.

لوله های بالارونده (riser): لوله ها در اصل، محفظه احتراق بویلر را تشکیل می دهنـد، بـهعبارت دیگر دیواره ها، کف و سقف محفظه احتراق بویلر توسط رایزرها ساخته شـده اسـت. بـههمین جهت گاهی به رایزرها در صورتی که در دیواره باشـند،wall tube و در صـورتی کـه درکف باشند ،floor tube گفته می شود. حد فاصل دو لوله  رایزر صفحه ای قرار داده شده است تـااز عبور گاز جلوگیری نماید. رایزرها از مخزن لجن شروع شده و به مخزن بخار و یـا هـدرهاییکه وارد مخزن بخار می شوند ختم می گردند. آب با حـرارت دیـدن در رایزرهـا بـه سـمت بـالاحرکت  مینماید. گاهی به این لوله ها، تبخیرکننده نیز گفته  میشود